在卫星通信领域，多层卫星网络通信系统的研究是近年来的热点和焦点。本文分析了多层卫星网络相对于低轨单层卫星网络的优势及其应用场景，提出了LEO&GEO组成的双层卫星网络作为研究对象，针对其组网特点提炼出了双层卫星网络的组网关键技术:组网架构设计技术、抗毁性技术、动态抗毁路由技术、分组交换调度技术，并进行了分析研究，给出了优化的解决方案，在OPNET及STK仿真平台上针对各项关键技术的优化方案进行了仿真分析和仿真验证。　　研究的主要内容包括:　　1.研究了多层卫星网络组网架构设计中的星座结构优化设计与网络拓扑分析、星间链路设计与性能分析和通信协议设计三个方面。首先结合卫星网络中不同轨道高度上卫星的特点，对多层卫星网络的拓扑结构和单层卫星网络的拓扑结构进行分析比较，通过对GEO卫星低轨空域覆盖能力的分析，提出了优化的分层卫星网络的星座设计模型，该模型满足了系统的设计目标，并从通信时效性、抗毁性、经济性对星座构型进行了优化设计。然后对星间链路的几何特性和性能特性进行了仿真分析。最后，在通信协议设计方面，在深入分析TCP/IP协议和SCPS协议的基础上，设计了一种适用于本文的双层卫星网络的TCP/IP各层协议体制。　　2.对卫星网络的抗毁性评估技术进行了研究，从网络拓扑结构和业务通信两个方面对网络抗毁性提出了量化的指标体系。在拓扑结构方面针对现有的一些评估标准存在无法正确评价节点重要度以及不能满足不同节点数的网络间的抗毁性分析与比较等不足，提出了基于节点重要度的抗毁性评估方法，可以实现不同节点数的网络的抗毁性评估;在网络业务通信方面从网络是否具有恢复策略进行分析，提出了基于“最佳搜索”原则的备份路径建立机制，建立了网络业务通信抗毁性测度模型，并得到了抗毁性指标的计算方法。通过典型拓扑的计算验证了两种方法的有效性和正确性，并采用这两种方法对本文所提出的双层卫星网络、单层LEO卫星网络和具有强连接的多层卫星网络进行了抗毁评估分析和比较，从而得出了有效且针对性强的抗毁策略和方法。　　3.对双层卫星网络的动态抗毁路由技术进行了研究，提出了一种新的基于LEO&GEO双层卫星网络的自适应动态抗毁路由算法。算法采用基于不同种类业务的区分处理机制、路由中转层数选择机制以及基于状态更新的链路拥塞触发更新机制实现了对不同种类业务的动态自适应处理;并且采用链路冗余设计方案、簇头选择备份机制以及簇头兼容簇管理者功能的角色扩充机制实现了在卫星节点或链路失效时的抗毁性;通过仿真分析，证明算法在网络计算复杂度和存储复杂度有着良好性能，并通过丢包率、网络平均归一化链路负载和特定路径的综合路径权重，以及平均阻塞概率和特定路径的阻塞概率的仿真结果证明了本算法的有效性。　　4.基于CICQ交换结构提出了一种新的基于流量控制的FCSA算法，能够灵敏反映网络通道的状态进而达到对流量控制的目的，通过OPNET仿真分析表明该算法在突发业务源和非均匀流量模型下FCSA算法相比其他几种典型ClCQ调度算法时延性能最优，接近于OQ算法，并且FCSA算法吞吐量可以接近100％。针对星载交换机业务类型和链路特点，将此算法进行适应性修改提出了DFCSA算法，应用于星载交换机中进行星载区分建模，理论分析和仿真结果表明，该算法可以满足星载交换机多业务突发传输的特点，实现不同优先级业务的公平调度，同时易于硬件实现。